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Resumen:
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[ES] La presente Tesis Doctoral se ha centrado en la demostración de la viabilidad técnica de un proceso de valorización de residuos plásticos de tipo poliolefínico a una escala de planta piloto y en un entorno industrial ...[+]
[ES] La presente Tesis Doctoral se ha centrado en la demostración de la viabilidad técnica de un proceso de valorización de residuos plásticos de tipo poliolefínico a una escala de planta piloto y en un entorno industrial (TRL 7). Los residuos plásticos objeto del estudio han sido plásticos post-consumo de tipo film segregados de la corriente mezclada de residuos sólidos urbanos (RSU), también usualmente denominada fracción resto o fracción "todo uno".
La realización de la presente Tesis Doctoral se enmarca dentro del programa "Ayudas para la formación de doctores en empresas - Doctorados Industriales" del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad y está integrada en el marco de una línea de investigación estratégica para la empresa URBASER S.A (empresa líder en gestión de residuos sólidos urbanos en España y con presencia en más de 20 países). Dicha línea estratégica comprende el paso del residuo al recurso bajo el concepto de economía circular. En este contexto, la Tesis Doctoral se centra en el estudio experimental del proceso de pirólisis prestando especial atención a la puesta en marcha y operación de la instalación experimental y a la caracterización de los materiales de partida y de los productos obtenidos. Las principales tareas desarrolladas y resultados obtenidos en esta investigación se han plasmado en una serie de publicaciones científicas que han permitido presentar la Tesis Doctoral en el formato de "Compendio de artículos".
En el primer capítulo se aborda la problemática actual de la generación de residuos plásticos urbanos, en particular del plástico tipo film, y se evalúan las diferentes alternativas existentes para su gestión sostenible, estableciendo el interés del estudio realizado y los objetivos perseguidos.
El segundo capítulo corresponde a la publicación "Characterization of post-consumer plastic film waste from mixed MSW in Spain: A key point for the implementation of circular economy strategies", en la que se caracterizan las materias primas de interés para el proceso y las que se han utilizado como alimentación en las diferentes pruebas realizadas en la planta piloto.
En el tercer capítulo, buscando ofrecer una visión completa de la investigación, se ha prescindido del formato artículo y se ha incluido una breve descripción del sistema experimental y un resumen del proceso que se ha seguido para llevar a cabo la puesta en marcha y operación de la instalación, junto con la metodología experimental empleada y los principales resultados obtenidos.
El cuarto capítulo lo integra la publicación "Characterization and distillation of pyrolysis liquids coming from polyolefins segregated of MSW: Using as automotive diesel fuel", en la que se realiza una caracterización de los líquidos de pirólisis obtenidos en la planta piloto a partir de diferentes alimentaciones de plástico (principalmente polietileno de baja densidad) y sus fracciones destiladas, analizando las diferentes opciones para utilizarlos tanto como materia prima para la industria petroquímica como para su empleo como combustible de automoción.
En el quinto capítulo se ha recogido la publicación "Simulation-assisted design of a catalytic hydrogenation reactor for plastic pyrolysis fuels", en la que se realiza un análisis de una de las posibilidades de upgrading de los líquidos de pirólisis bajo la perspectiva de la fluidodinámica computacional, estudiando el proceso catalítico de hidrogenación de olefinas mediante un modelo avanzado de un reactor multi-tubular.
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[CA] This PhD thesis aims to the development of a polyolefinic plastic valorization process. The technical viability of the process at pilot scale and in an industrial-relevant environment (TRL 7) has been shown. The focus ...[+]
[CA] This PhD thesis aims to the development of a polyolefinic plastic valorization process. The technical viability of the process at pilot scale and in an industrial-relevant environment (TRL 7) has been shown. The focus of this work is on post-consumer plastic film originating from household waste and collected as part of mixed municipal solid waste (MSW). The works conducted during the PhD thesis are under the state programme "Ayudas para la formación de doctores en empresas - Doctorados Industriales" funded by the Ministerio de Economía, Industria y Competitividad. These works support the URBASER's strategy (Circular economy: from waste to resource) and are focused on the pilot plant commissioning, start-up and operation, as well as the characterization of feedstocks and products. The main tasks and results have been gathered in a number of papers, which allows this PhD thesis to be submitted in a "papers compendium" format. Chapter 1 deals with the current concerns about the generation of municipal plastic waste. In particular, it looks at the plastic film to evaluate the main available alternatives for sustainable management. This is in order to establish the interest of the study conducted and the objectives pursued. Chapter 2 includes the paper "Characterization of post-consumer plastic film waste from mixed MSW in Spain: A key point for the implementation of circular economy strategies", which comprises some characterizations of the targeted raw materials for the pyrolysis process and of the feedstocks used at pilot plant. Chapter 3, which is not in paper format, completes the previous chapter in order to give oversight of the investigation. It includes a description of the experimental facility, the steps taken to carry out the start-up and operation of the pilot plant, the experimental methodology, and the main experimental results. In this chapter, a developed patent from the pyrolysis process has also been included. In Chapter 4, the product characterization is shown in the paper "Characterization and distillation of pyrolysis liquids coming from polyolefins segregated of MSW: Using as automotive diesel fuel". These characterizations cover the pyrolysis liquids and their distilled fractions obtained from different feedstocks analyzed from two points of view according to the most feasible options: as raw material for the petrochemical industry and as diesel automotive fuel. The paper "Simulation-assisted design of a catalytic hydrogenation reactor for plastic pyrolysis fuels" makes up Chapter 5. This paper explores one of several upgrade options for the pyrolysis liquids consisting of catalytic olefin hydrogenation under a fluid dynamic computational perspective by developing an advanced simulation model for a catalytic multi-tubular reactor.
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[EN] La present Tesi Doctoral s'ha centrat en la demostració de la viabilitat tècnica d'un procés de valorització de residus plàstics de tipus poliolefínico a una escala de planta pilot i en un entorn industrial (TRL 7). ...[+]
[EN] La present Tesi Doctoral s'ha centrat en la demostració de la viabilitat tècnica d'un procés de valorització de residus plàstics de tipus poliolefínico a una escala de planta pilot i en un entorn industrial (TRL 7). Els residus plàstics objecte de l'estudi han sigut plàstics post-consum de tipus film segregats del corrent mesclat de residus sòlids urbans (RSU), també usualment denominada fracció reste o fracció "tot un".
La realització de la present Tesi Doctoral s'emmarca dins del programa "Ayudas para la formación de doctores en empresas - Doctorados Industriales" del Ministeri d'Economia, Indústria i Competitivitat i està integrada en el marc d'una línia d'investigació estratègica per a l'empresa URBASER S.A (empresa líder en gestió de residus sòlids urbans a Espanya i amb presència en més de 20 països). Aquesta línia estratègica comprén el pas del residu al recurs sota el concepte d'economia circular. En aquest context, la Tesi Doctoral es centra en l'estudi experimental del procés de piròlisi prestant especial atenció a la posada en marxa i operació de la instal·lació experimental i a la caracterització dels materials de partida i dels productes obtinguts. Les principals tasques desenvolupades i resultats obtinguts en aquesta investigació s'han plasmat en una sèrie de publicacions científiques que han permés presentar la Tesi Doctoral en el format de "Compendi d'articles".
En el primer capítol s'aborda la problemàtica actual de la generació de residus plàstics urbans, en particular del plàstic tipus film, i s'avaluen les diferents alternatives existents per a la seua gestió sostenible, establint l'interés de l'estudi realitzat i els objectius perseguits.
El segon capítol correspon a la publicació "Characterization of post-consumer plastic film waste from mixed MSW in Spain: A key point for the implementation of circular economy strategies", en la qual es caracteritzen les matèries primeres d'interés per al procés i les que s'han utilitzat com a alimentació en les diferents proves realitzades en la planta pilot.
En el tercer capítol, buscant oferir una visió completa de la investigació, s'ha prescindit del format article i s'ha inclòs una breu descripció del sistema experimental i un resum del procés que s'ha seguit per a dur a terme la posada en marxa i operació de la instal·lació, juntament amb la metodologia experimental empleada i els principals resultats obtinguts.
El quart capítol integra la publicació "Characterization and distillation of pyrolysis liquids coming from polyolefins segregated of MSW: Using as automotive dièsel fuel", en la qual es realitza una caracterització dels líquids de piròlisis obtinguts en la planta pilot a partir de diferents alimentacions de plàstic (principalment polietilé de baixa densitat) i les seues fraccions destil·lades, analitzant les diferents opcions per a utilitzar-los tant com matèria primera per a la indústria petroquímica com per al seu ús com a combustible d'automoció.
En el cinqué capítol s'ha recollit la publicació "Simulation-assisted design of a catalytic hydrogenation reactor for plastic pyrolysis fuels", en la qual es realitza una anàlisi d'una de les possibilitats de millora de la calitat dels líquids de piròlisis sota la perspectiva de la fluidodinámica computacional, estudiant el procés catalític d'hidrogenació d'olefines mitjançant un model avançat d'un reactor multi-tubular.
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Agradecimientos:
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El presente trabajo se ha realizado de manera conjunta en URBASER, S. A. y en el Instituto de Tecnología Química (ITQ) – Universidad Politécnica de Valencia, bajo la dirección de la Doctora Marta Guerrero Álvarez, por parte ...[+]
El presente trabajo se ha realizado de manera conjunta en URBASER, S. A. y en el Instituto de Tecnología Química (ITQ) – Universidad Politécnica de Valencia, bajo la dirección de la Doctora Marta Guerrero Álvarez, por parte de URBASER, S. A. y del Doctor José Manuel Serra Alfaro, por parte del ITQ. Los trabajos realizados durante la realización de esta Tesis Doctoral han sido financiados en parte por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través del programa “Ayudas para la formación de doctores en empresas – Doctorados Industriales” (DI – 16 – 08700) y por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial a través de los proyectos “Del residuo al recurso mediante el reciclaje” 3R2020+ (IDI – 20150730) y “Economía circular para la valorización de los residuos plásticos urbanos” CEUS (IDI –20181081) dentro del programa estratégico de Consorcios de Investigación Empresarial Nacional (CIEN).
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